CN101226991A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示装置,该显示装置包括:第一电极;空穴传输层,形成在第一电极上,空穴传输层包括用作空穴传输材料的第一主体和用作电子接受材料的第一掺杂物;发光材料层,形成在空穴传输层上,发光材料层包括顺序堆叠的红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层;电子传输层,形成在发光材料层上,电子传输层包括用作电子传输材料的第二主体和用作电子给予材料的第二掺杂物;第二电极,形成在电子传输层上。

Description

显示装置
技术领域
与本发明一致的设备涉及一种显示装置,更具体的讲,涉及一种包括具有多个子层的发光材料层的显示装置。
背景技术
近来,在平板显示装置中,有机发光二极管由于驱动电压低、重量轻和薄的特征、可视角度宽、响应速度快等而备受瞩目。
有机发光二极管包括用于发光的发光材料层。发光材料层接受并复合电子与空穴,因而发光。
如果发光材料层发白光,则可以通过堆叠发射不同颜色光的多个子层来提供发光材料层。
然而,在多个子层用于发光材料层的情况下,很难平衡关于每个子层的电子和空穴,因而降低了电荷效率(electric charge efficiency)。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种具有优良的电荷效率的显示装置。
将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面,还有一部分通过描述将是清楚的,或者可以经过本发明的实施而得知。
本发明的前述和/或其它方面可以通过提供一种显示装置来实现,该显示装置包括:第一电极;空穴传输层,形成在第一电极上,空穴传输层包括用作空穴传输材料的第一主体(host)及用作电子接受材料的第一掺杂物;发光材料层,形成在空穴传输层上,包括顺序堆叠的红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层;电子传输层,形成在发光材料层上,电子传输层包括用作电子传输材料的第二主体以及用作电子给予材料的第二掺杂物;第二电极,形成在电子传输层上。
根据本发明的一方面,第一主体的最高被占分子轨道(HOMO)具有的能级低于第一掺杂物的最低未占分子轨道(LUMO)的能级。
根据本发明的一方面,第一电极和空穴传输层彼此欧姆接触。
根据本发明的一方面,第一主体包括N,N’-二[(1-萘基)-N,N’-二苯基]-1,1’-联苯基-4,4’-二胺(N,N’-di[(1-naphthalenyl)-N,N’-diphenyl]-1,1’-biphenyl-4,4’-diamine)(NPD)、9,10-双(间甲苯基苯胺)蒽(9,10-bis(m-tolyphenylamino)anthracene)(TPA)和螺TPA(spiro-TPA)中的至少一种。
根据本发明的一方面,第一掺杂物包括四氟-四氰-奎诺二甲烷(tetrafluoro-tetracyano-quinodimethane)(F4-TCNQ)。
根据本发明的一方面,利用第一主体的源材料和第一掺杂物的源材料通过蒸发法来形成空穴传输层。
根据本发明的一方面,第二主体的最低未占分子轨道(LUMO)具有的能级高于第二掺杂物的最高被占分子轨道(HOMO)的能级。
根据本发明的一方面,第二电极和电子传输层彼此欧姆接触。
根据本发明的一方面,  第二主体包括三(8-羟基喹啉)铝(tris(8-hydroxyquinolinolato)aluminum)(Alq3)。
根据本发明的一方面,第二掺杂物包括铯(Cs)、钡(Ba)和钙(Ca)中的至少一种。
根据本发明的一方面,利用第二主体的源材料和第二掺杂物的源材料通过蒸发法来形成电子传输层。
根据本发明的一方面,红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层中至少有一个具有发光主体-发光掺杂物的结构。
根据本发明的一方面,发光材料层通过蒸发法形成。
根据本发明的一方面,该显示装置还包括设置在从发光材料层发射的光的光路上的滤色器。
根据本发明的一方面,该显示装置还包括置于空穴传输层与发光材料层之间的第一阻挡层,第一阻挡层具有的最低未占分子轨道(LUMO)的能级高于空穴传输层的最低未占分子轨道(LUMO)的能级。
根据本发明的一方面,该显示装置还包括置于电子传输层与发光材料层之间的第二阻挡层,第二阻挡层具有的最高被占分子轨道(HOMO)的能级低于电子传输层的最高被占分子轨道的(HOMO)的能级。
根据本发明的一方面,第一电极包含透明导电材料,第二电极包含反射金属。
根据本发明的一方面,该显示装置还包括置于红色发光层和蓝色发光层之间并传输空穴的中间层。
本发明的前述和/或其它方面可以通过提供一种显示装置来实现,该显示装置包括:第一电极;空穴传输层,形成在第一电极上;发光材料层,形成在空穴传输层上;电子传输层,形成在发光材料层上;第二电极,形成在电子传输层上,其中,发光材料层包括顺序堆叠的红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层,并且空穴传输层与第一电极之间的接触以及电子传输层与第二电极之间的接触中的至少一个为欧姆接触。
根据本发明的一方面,空穴传输层包括用作空穴传输材料的第一主体和用作电子接受材料的第一掺杂物,并且第一主体的最高被占分子轨道(HOMO)具有的能级低于第一掺杂物的最低未占分子轨道(LUMO)的能级。
根据本发明的一方面,电子传输层包括用作电子传输材料的第二主体和用作电子给予材料的第二掺杂物,并且第二主体的最低未占分子轨道(LUMO)具有的能级高于第二掺杂物的最高被占分子轨道(HOMO)的能级。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行描述,本发明的上述和/或其它方面将会变得清楚并更易于理解,其中:
图1是根据本发明的第一实施例的显示装置的等效电路图。
图2是根据本发明的第一实施例的显示装置的布局图。
图3是沿图2中的线III-III截取的显示装置的剖视图。
图4是图3的“A”的放大图。
图5示出了根据本发明的第一实施例的显示装置中的有机层的能级。
图6A至图6C示出了根据子发光材料层的堆叠顺序的发光性能的曲线图。
图7是示出了根据本发明的第一实施例的显示装置的制造方法的示图。
图8是示出了根据本发明的第二实施例的显示装置中的有机层的构造的示图。
图9A和图9B示出了根据本发明的第二实施例的显示装置中的有机层的能级。
图10是示出了根据本发明的第三实施例的显示装置中的有机层的构造的示图。
具体实施方式
现在,将详细地解释本发明的实施例,在附图中示出了本发明的示例,其中,相同的标号始终表示相同的元件。以下,通过参照附图来描述本发明的实施例,以解释本发明。
图1是根据本发明的第一实施例的显示装置的等效电路图。
在一个像素中,设置了多条信号线。信号线包括传输扫描信号的栅极线、传输数据信号的数据线和传输驱动电压的电源线。数据线和电源线相互平行并彼此临近地布置,栅极线垂直于数据线和电源线延伸。
每个像素包括有机发光二极管LD、开关薄膜晶体管Tsw,驱动薄膜晶体管Tdr和电容器C。
驱动薄膜晶体管Tdr具有控制端、输入端和输出端。控制端与开关薄膜晶体管Tsw连接。另外,输入端与电源线连接,输出端与有机发光二极管LD连接。
有机发光二极管LD具有与驱动薄膜晶体管Tdr的输出端相连接的阳极和通过其输入共电压Vcom的阴极。从有机发光二极管LD产生的光的强度根据驱动薄膜晶体管Tdr的输出电压而变化,从而显示图像。驱动薄膜晶体管Tdr的电流的大小根据控制端和输出端之间的电压而变化。
开关薄膜晶体管Tsw也具有控制端、输入端和输出端。控制端与栅极线连接,输入端与数据线连接,输出端与驱动薄膜晶体管Tdr的控制端连接。开关薄膜晶体管Tsw根据输入到栅极线的扫描信号将输入到数据线的数据信号传输到驱动薄膜晶体管Tdr。
电容器C与驱动薄膜晶体管Tdr的控制端和输入端连接。电容器C充有输入到驱动薄膜晶体管Tdr的控制端的数据信号并保持该数据信号。
参照图2和图3,将详细描述根据本发明的第一实施例的显示装置。
缓冲层15形成在绝缘基底11上。缓冲层15可以包括氧化硅,并在使非晶硅层晶化时防止绝缘基底11的杂质被引入到非晶硅层。
驱动半导体层21和驱动欧姆接触层22形成在缓冲层15上。驱动半导体层21和驱动欧姆接触层22包含多晶硅。通过沉积非晶硅层和非晶欧姆接触层,并使沉积的非晶硅层和非晶欧姆接触层晶化、图案化来形成驱动半导体层21和驱动欧姆接触层22。这里,在非晶硅层和非晶欧姆接触层的晶化过程中可以使用固相结晶法(solid phase crystallization)。
第一金属层形成在缓冲层15、驱动半导体层21和驱动欧姆接触层22上。第一金属层包括栅极线31、开关栅极32、驱动源极33和驱动漏极34。栅极线3 1和开关栅极32形成为一体。
第一绝缘层41形成在第一金属层上。在一个示例中,第一绝缘层41可以包含氮化硅。
开关半导体层51和开关欧姆接触层52形成在第一绝缘层41上。开关半导体层51和开关欧姆接触层52对应于开关栅极32,在一个示例中,开关半导体层51和开关欧姆接触层52可以包含非晶硅。
第二金属层形成在第一绝缘层41、开关半导体层51和开关欧姆接触层52上。另外,在位于像素电极71下部的第一绝缘层41上,形成滤色器42。
第二金属层包括数据线61、开关源极62、开关漏极63、驱动栅极64、存储电容线65以及电源线66。
数据线61和开关源极62形成为一体。开关漏极63、驱动栅极64和存储电容线65也形成为一体。
第二绝缘层43形成在第二金属层上。第二绝缘层43被称为平坦化层,并可以包含有机材料。作为有机材料,在一个示例中可以使用苯并环丁烯(benzocyclobutene)(BCB)类、链烯烃(olefine)类、丙烯酸树脂(acrylic resin)类、聚酸亚胺(polyimide)类和氟树脂(fluorine resin)类中的一种。
接触孔44、接触孔45和接触孔46形成在第二绝缘层43上。接触孔44暴露驱动漏极34;接触孔45暴露驱动源极33;接触孔46暴露电源线66。在接触孔44和接触孔45中,去除了第一绝缘层41。
透明导电层形成在第二绝缘层43上。透明导电层包括像素电极71和桥电极(bridge electrode)72。在一个示例中像素电极71和桥电极72可以由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)制成。
像素电极71经由接触孔44电连接到驱动漏极34。桥电极72经由接触孔45和接触孔46电连接到驱动源极33和电源线66。存储电容线65在桥电极72下延伸以形成存储电容器Cst。
壁80形成在第二绝缘层43上。壁80将像素电极71彼此分隔,并被部分去除以形成开口81,像素电极71通过该开口8 1暴露。
有机层90形成在壁80和通过开口区域81被暴露的像素电极71上。有机层90包括发光材料层920(参照图4)以发白光,将在后面描述。
像素电极71和有机层90彼此直接接触的区域将被称作像素区。在这个实施例中,象素区大致对应于开口81,光主要在像素区中产生。
共电极95形成在壁80与有机层90上。在一个示例中,共电极95包含反射金属。
来自像素电极71的空穴和来自共电极95的电子在有机层90中复合成激子。当激子被去激化时发光。在有机层90中产生的光中朝共电极95传播的那些光从共电极95被反射向像素电极71。
朝向像素电极71的光在通过滤色器42时被过滤为特定的颜色,然后通过绝缘基底11传播到外部。这被称为底部发射型。
根据本发明的另一实施例,像素电极71可以包含反射金属,共电极95可以是透明的。这样,光通过共电极95传播到外部,这被称为顶部发射型。相应地,在这个实施例中,滤色器42形成在共电极95上。
下面,将参照图4和图5更详细地描述有机层90
如图4所示,有机层90包括空穴传输层(HTL)910、发光材料层(EML)920和电子传输层(ETL)930。
空穴传输层910与像素电极71直接接触并将空穴从像素电极71传输到发光材料层920。空穴传输层910包括用作空穴传输材料的第一主体以及用作电子接受材料的第一掺杂物。
如图5所示,第一主体的最高被占分子轨道(HOMO)具有的能级低于第一掺杂物的最低未占分子轨道(LUMO)的能级。由于这种能量分布,位于第一主体的HOMO中的电子可以容易地移动至第一掺杂物的LUMO中。这种电子移动导致空穴传输层910的平衡电荷浓度增加,所以来自像素电极71的空穴可在没有能障的情况下被引入到空穴传输层910中。也就是说,像素电极71和空穴传输层910彼此欧姆接触。
第一主体可以包括N,N’-二[(1-萘基)-N,N’-二苯基]-1,1’-联苯基-4,4’-二胺(NPD)、9,10-双(间甲苯基苯胺)蒽(TPA)和螺TPA,但并不限于此。第一掺杂物可以包括四氟-四氰-奎诺二甲烷(F4-TCNQ),但并不限于此。
电子传输层930与共电极95直接接触并将电子从共电极95传输至发光材料层920。电子传输层930包括用作电子传输材料的第二主体和用作电子给予材料的第二掺杂物。如图5所示,第二主体的最低未占分子轨道(LUMO)具有的能级高于第二掺杂物的最高被占分子轨道(HOMO)的能级。由于这种能量分布,位于第二掺杂物的HOMO中的电子可以容易地移动至第二主体的LUMO中。这种电子移动导致电子传输层930的平衡电荷浓度增加,所以来自共电极95的电子可在没有能障的情况下被引入到电子传输层930。即,共电极95和电子传输层930彼此欧姆接触。
第二主体可以包括三(8-羟基喹啉)铝(Alq3),或氧化吡咯(oxidazole)的化合物系列,但并不限于此。第二掺杂物可包括从由铯(Cs)、钡(Ba)和钙(Ca)组成的组中选择的至少一种,但并不限于此。
根据本发明的另一实施例,欧姆接触可以形成在空穴传输层910与像素电极71之间或者形成在电子传输层930与共电极95之间。换句话说,可使空穴传输层910被掺杂电子接受材料,而电子传输层930不被掺杂;或者可使电子传输层930被掺杂电子给予材料,而空穴传输层910不被掺杂。
发光材料层920包括三个子层921、922和923。子层921、子层922和子层923包括红色发光层921、蓝色发光层922和绿色发光层923。
红色发光层921与空穴传输层910接触。绿色发光层923与电子传输层920接触。蓝色发光层922位于红色发光层921与绿色发光层923之间。
子层921、子层922和子层923中的每个可以具有主体-掺杂物结构。每个子层921、子层922和子层923中的掺杂物用作染料(coloring matter)。在一个示例中,主体包括咔唑联苯(carbazole biphenyl)(CBP),但并不限于此。
子层921、子层922和子层923的所有主体可以包括同样的材料或不同的材料。此外,子层921、子层922和子层923中也可以只有其中两个共用主体。
在一个示例中,用于红色发光层921的掺杂物可以包括红荧烯(rubrene);用于蓝色发光层922的掺杂物可以包括1,1,4,4-四苯基-1,3-丁二烯(1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadien)(TPB);用于绿色发光层923的掺杂物可以包括喹吖啶酮(quinacridone)、香豆素(coumarine)、Ir(ppy3)等。
可选择地,子层921、子层922和子层923中的一些可以具有主体-掺杂物结构,或者所有子层921、子层922和子层923均不具有主体-掺杂物结构。
发光材料层920复合来自空穴传输层910的空穴和来自电子传输层930的电子,从而发光。但是,如果发光材料层920包括多个子层921、子层922和子层923,则对于子层921、子层922和子层923中的每个难以平衡电子和空穴的供给。
在该实施例中,空穴传输层910与像素电极71欧姆接触,电子传输层930与共电极95欧姆接触。在这种情况下,大量电荷(空穴和电子)被提供给发光材料层920,使得更难保持电子和空穴间的供给平衡。
已经发现发光材料层920的电荷效率在很大程度上受子层921、子层922和子层923顺序的影响。根据本发明的实施例,子层921、子层922和子层923按红色发光层921、蓝色发光层922和绿色发光层923的顺序堆叠(即,RBG结构),在该结构中,红色发光层921最靠近像素电极71。
通过实验来测试RBG结构,与其它结构相比,RBG结构的电荷效率优良。图6A至图6C示出了测试结果。对发明示例(inventive example)、第一对比示例以及第二对比示例执行该实验。
发明示例具有像素电极-空穴传输层-红色发光层-蓝色发光层-绿色发光层-电子传输层-共电极的RBG结构。第一对比示例具有像素电极-空穴传输层-蓝色发光层-绿色发光层-红色发光层-电子传输层-共电极的BGR结构。第二对比示例具有像素电极-空穴传输层-绿色发光层-蓝色发光层-红色发光层-电子传输层-共电极的GBR结构。
在发明示例、第一对比示例和第二对比示例中,像素电极与空穴传输层欧姆接触,电子传输层与共电极欧姆接触。
图6A示出了随施加的电压而变化的电流密度。RBG结构(发明示例)具有比BGR结构(第一对比示例)和GBR结构(第二对比示例)的电流密度高的电流密度。
图6B示出了随施加的电压而变化的亮度。RBG结构(发明示例)具有比BGR结构(第一对比示例)和GBR结构(第二对比示例)的亮度高的亮度。
图6C示出了根据波长而变化的强度。BGR结构(第一对比示例)和GBR结构(第二对比示例)在红光波长范围(大约600nm)内的强度比在绿光波长范围(大约530nm)内和在蓝光波长范围(大约450nm)内的强度高。这显示提供给发光材料层的电荷没有被遍及整个发光材料层使用,而是大部分仅用在红色发光层中。
另一方面,在RBG结构(发明示例)中,在红光波长范围、蓝波长范围和绿光波长范围中强度平衡。这表示提供给发光材料层的电荷被有效地遍及整个发光材料层使用。
这是因为具有相对大的能带间隙的蓝色发光层的激子被有效地分布在它的两侧,即,分布在红色发光层和绿色发光层。
将参照图7来描述根据本发明的第一实施例的显示装置的制造方法。
图7示出了形成具有主体-掺杂物结构的薄膜的蒸发设备。在第一实施例中,空穴传输层910、发光材料层920和电子传输层930具有主体-掺杂物结构。
蒸发设备100包括用于形成蒸发空间111的真空室110、位于蒸发空间111上方的基底支持件120以及连接到基底支持件120并使基底支持件120旋转的驱动器130。
在形成薄膜时,将要形成有薄膜的基底2被安放在基底支持件120上,包含主体材料的第一源140和包含掺杂物材料的第二源150被置于蒸发空间111的下部。
如果加热第一源140和第二源150,则主体材料和掺杂物材料的蒸气被提供给基底2。主体材料和掺杂物材料的蒸气接触基底2并被冷却以形成薄膜。在形成薄膜时,旋转基底2,从而均匀地形成薄膜。
将参考图8、图9A和图9B来描述根据本发明第二实施例的显示装置。图8是对应于图2的“A”的放大图。
参照图8,第一阻挡层940置于空穴传输层910和发光材料层920之间,第二阻挡层950置于发光材料层920与电子传输层930之间。
第一阻挡层940包含空穴传输材料,用作电子阻挡层(EBL)。如图9A所示,第一阻挡层940的最低未占分子轨道(LUMO)的能级高于空穴传输层910的最低未占分子轨道(LUMO)的能级,使得电子很难从发光材料层920移动到第一阻挡层940。因此,第一阻挡层940减少了未与空穴在发光材料层920中复合且移动到空穴传输层910的电子的数量,从而提高了电荷效率。
第二阻挡层950包含电子传输材料,并用作空穴阻挡层(HBL)。如图9B所示,第二阻挡层950的HOMO能级低于电子传输层930的HOMO能级,使得空穴很难从发光材料层920移动到第二阻挡层950。因此,第二阻挡层950减少了未与电子在发光材料层920中复合且移动到电子传输层930的空穴的数量,从而提高了电荷效率。
将参照图10来描述根据本发明的第三实施例。
中间层960形成在红色发光层921和蓝色发光层922之间。中间层960能够传输空穴。中间层960促进从红色发光层921到蓝色发光层922的空穴传输。
因此,本发明提高了电荷效率。因为提高了电荷效率,所以光效率提高并且能够降低驱动电压,从而降低能量消耗。
如上所述,本发明提供了提高了电荷效率的显示装置。
尽管已经示出和描述了本发明的一些实施例,但是本领域的技术人员应该理解,在不脱离本发明的原理和精神的情况下,可以对这些实施例做出修改,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (21)

1.一种显示装置,包括:
第一电极;
空穴传输层,形成在所述第一电极上,所述空穴传输层包括用作空穴传输材料的第一主体和用作电子接受材料的第一掺杂物;
发光材料层,形成在所述空穴传输层上,所述发光材料层包括顺序堆叠的红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层;
电子传输层,形成在所述发光材料层上,所述电子传输层包括用作电子传输材料的第二主体和用作电子给予材料的第二掺杂物;
第二电极,形成在所述电子传输层上。
2.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一主体的最高被占分子轨道具有的能级低于所述第一掺杂物的最低未占分子轨道的能级。
3.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一电极和所述空穴传输层彼此欧姆接触。
4.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一主体包括N,N’-二[(1-萘基)-N,N’-二苯基]-1,1’-联苯基-4,4’-二胺、9,10-双(间甲苯基苯胺)蒽和螺TPA中的至少一种。
5.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一掺杂物包括四氟-四氰-奎诺二甲烷。
6.如权利要求1所述的显示装置,其中,利用所述第一主体的源材料和所述第一掺杂物的源材料通过蒸发法来形成所述空穴传输层。
7.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第二主体的最低未占分子轨道具有的能级高于所述第二掺杂物的最高被占分子轨道的能级。
8.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第二电极和所述电子传输层彼此欧姆接触。
9.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第二主体包括三(8-羟基喹啉)铝。
10.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第二掺杂物包括铯、钡和钙中的至少一种。
11.如权利要求1所述的显示装置,其中,利用所述第二主体的源材料和所述第二掺杂物的源材料通过蒸发法来形成所述电子传输层。
12.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层中至少一个具有发光主体-发光掺杂物结构。
13.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述发光材料层通过蒸发法形成。
14.如权利要求1所述的显示装置,还包括设置在从所述发光材料层发射的光的光路上的滤色器。
15.如权利要求1所述的显示装置,还包括置于所述空穴传输层与所述发光材料层之间的第一阻挡层,所述第一阻挡层具有的最低未占分子轨道的能级高于所述空穴传输层的最低未占分子轨道的能级。
16.如权利要求1所述的显示装置,还包括置于所述电子传输层与所述发光材料层之间的第二阻挡层,所述第二阻挡层具有的最高被占分子轨道的能级低于所述电子传输层的最高被占分子轨道的能级。
17.如权利要求1所述的显示装置,其中,所述第一电极包含透明导电材料,所述第二电极包含反射金属。
18.如权利要求1所述的显示装置,还包括置于所述红色发光层和所述蓝色发光层之间并传输空穴的中间层。
19.一种显示装置,包括:
第一电极;
空穴传输层,形成在所述第一电极上;
发光材料层,形成在所述空穴传输层上;
电子传输层,形成在所述发光材料层上;
第二电极,形成在所述电子传输层上;
所述发光材料层,包括顺序堆叠的红色发光层、蓝色发光层和绿色发光层,
所述空穴传输层与所述第一电极之间的接触以及所述电子传输层与所述第二电极之间的接触中的至少一个是欧姆接触。
20.如权利要求19所述的显示装置,其中,所述空穴传输层包括用作空穴传输材料的第一主体和用作电子接受材料的第一掺杂物,
所述第一主体的最高被占分子轨道具有的能级低于所述第一掺杂物的最低未占分子轨道的能级。
21.如权利要求19所述的显示装置,其中,所述电子传输层包括用作电子传输材料第二主体和用作电子给予材料的第二掺杂物,
所述第二主体的最低未占分子轨道具有的能级高于所述第二掺杂物的最高被占分子轨道的能级。
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